(57)【要約】【課題】オイルの不平衡質量が、機械のロータまたは別の部品を破壊する可能性のある振動を発生する前に、シャフトライン、タービン、コンプレッサ、またはターボ機械などの機械のロータ内のオイルの不平衡質量の存在を検出する装置を提供する。【解決手段】機械のロータ２内部のオイルの不平衡質量を検出する装置は、オイル回転速度が前記ロータの回転速度と実質的に同一であるように、回転でロータ２内に存在するオイル１００を移動させる手段を備える。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械のロータ（２）内部のオイルの不平衡質量を検出する装置であって、オイル回転速度を前記ロータの回転速度と実質的に同一にするように、回転でロータ（２）内に存在するオイル（１００）を移動させる手段（４、８、１４、２４、３４、３６）を備えることを特徴とする、装置。
【請求項２】
回転でオイルを移動させる前記手段（４、８、１４、２４、３４、３６）が、遠心作用によりロータ（２）に接触しているオイル（１００）を捕らえる手段（４、８、１４）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
オイルを捕らえる前記手段（４、８、１４、２４、３４、３６）が、ロータ（２）の内側面（６）の外周に均一に分配された区画（８、１４）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記区画（８）が、ロータ（２）の内側の開放区画であり、該開放区画が、前記ロータ（２）の内側面（６）と、前記ロータ（２）の内側面（６）で実質的に長手方向に配置されたリブ（４）とにより形成されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記区画（１４）が、ロータ（２）の内側の開放区画であり、該開放区画が、ロータの内側面（６）から始まるロータ（２）の厚さにくり抜かれたくぼみ（１４）により形成されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
オイルを捕らえる前記手段（４、８、１４、２４、３４、３６）が、ロータ（２）内部に挿入され、かつ遠心作用によりロータ（２）と共に回転する着脱可能なシース（２４）を備え、前記シース（２４）が、前記シース（２４）内部に内側に突出するように配置された実質的に長手方向のガッタ部（３４）と、前記ガッタ部（３４）を平衡化する手段（２８）と、オイルが前記ガッタ部（３４）に入ることを可能にする手段（３６）とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
オイル入口手段（３６）が、前記ガッタ部（３４）の同じ側に配置された開口（３６）を備えることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記シース（２４）が、前記ガッタ部（３４）の径方向のほぼ反対側に配置された長手方向のスリット（２６）を備え、ガッタ部（３４）の前記平衡化手段（２８）が、前記スリット（２６）で折り返された、折り返し長手方向エッジ（２８）を備えることを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
シース（２４）が、長手方向のガッタ部（３４）を形成するように打ち抜きまたはリセス加工され、かつ長手方向のスリット（２６）を形成するようにスリット加工された円形断面の円筒プレートで製作され、ガッタ部（３４）およびスリット（２６）が、径方向に相互に反対側であり、スリット（２６）両側のプレートのエッジが、プレートの内側に向かってプレート自体に折り返され、開口（３６）が、ガッタ部（３４）の片側だけに穴あけされることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の、オイルの不平衡質量を検出する装置を備えていることを特徴とする、ロータ（２）。
【請求項１１】
請求項１０に記載のロータ（２）を備えていることを特徴とする、機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械のロータの技術領域、詳細には、シャフトライン、タービン、コンプレッサ、およびターボ機械などのロータの技術領域に関する。本発明は、特に、航空機エンジンに設置されるロータに適用可能である。
【０００２】
さらに詳細には、本発明は、このようなロータ内部のオイルの不平衡質量（ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ  ｍａｓｓ）を打ち消すように構成された装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
振動周波数は、機械のロータにおいて不平衡質量により発生し、この振動周波数により、部品の破壊が生じることもある。
【０００４】
機械的な不平衡質量とオイルの不平衡質量とが区別される。
【０００５】
機械的な不平衡質量は、ブレードの損失または回転部分の破損により生じる可能性がある。機械的な不平衡質量は、ロータと同一速度でロータと共に回転する。機械的な不平衡質量は、従来の方法では、例えばケーシングまたは軸受支持部などの固定部分に配置された加速度計を用いて検出される。この検出は、ロータの回転速度周波数（すなわち、基本周波数または第１高調波）の関数として記録される振動振幅の測定からなる。測定された振動振幅が所定の値より大きい場合、アラームを作動させてオペレータの注意を喚起し、同時に機械を自動的に停止または減速させて、機械を保護し、その間に、オペレータが機械に措置を講ずるのを待つ。
【０００６】
オイルの不平衡質量は、ロータ内に蓄積されたオイルの存在により生じる。このオイルは、シールが事故または磨耗のいずれかにより損傷または破壊された場合、軸受または可動部分などの潤滑部分から生じる。その後、オイルは、異なるチャンバ内の圧力のためにロータ内に浸入し、排出できなくなる。
【０００７】
ロータに穴を開けて、オイルを排出し、ロータ外部のチャンバに収集する試みがなされてきたが、この解決方法は、ロータの穴の存在により、ロータの寿命が２倍から３倍短くなる程度までロータの強度を低下させるために、満足できないものである。
【０００８】
オイルがロータ内に蓄積されると、オイルは、ロータの内面に均一に分布するオイル膜の形状となる。このように、蓄積されたオイルが一定量に達すると、「オイルウェーブ（ｏｉｌ  ｗａｖｅ）」を生成し、ロータの回転により回転で移動（ｅｎｔｒａｉｎ）され、オイルウェーブの回転速度が、ロータ回転速度のほぼ０．９倍に等しくなる。ロータの回転速度とオイルの回転速度との間のこの差は、オイル粘度によるものである。オイルの不平衡質量は、ロータ内のこのオイルウェーブの変位によるものである。オイルウェーブは、ロータ内でロータ回転速度と異なる回転速度で回転する。オイルの不平衡質量は、非常に急速に重大な損傷を発生する可能性があり、即座に検出しなければならない。例えば、現在使用されている通常サイズのターボマシンの場合、数立方センチメータのオイルが、機械が耐えられない振動を発生する不平衡質量を引き起こすには十分である。
【０００９】
１つの簡単な解決方法は、部品のサイズを大きくして、振動に対する抵抗性を向上させることであるが、この解決方法は、サイズ、重量およびコストの理由で採用できない。
【００１０】
したがって、目的は、このオイルの不平衡質量がいずれかの部品を破壊する前に、ロータ内のオイルの不平衡質量を検出することである。
【００１１】
１つの簡単な解決方法は、オイル不平衡質量も検出するために、通常はすでに機械に装着されている機械的な不平衡質量を検出するための機器を用いることからなる。しかし、この解決方法は不可能である。なぜなら、機械的な不平衡質量を検出するのに用いられる機器は、ロータの回転速度に対応して調整されており、一方、オイルウェーブは、前記ロータ回転速度のほぼ０．９倍の速度で移動するため、機械的な不平衡質量の検出器は、オイルウェーブの存在を検出できないからである。
【００１２】
別の解決方法は、ロータ回転速度のほぼ０．９倍の速度に調整された別の加速度計を機械に装備することである。しかしこの解決方法は複雑となり、コストも上昇する。
【特許文献１】国際公開第０１／８６１３０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前述の問題点を解決することを提案するものであり、オイルの不平衡質量が、機械のロータまたは別の部品を破壊する可能性のある振動を発生する前に、シャフトライン、タービン、コンプレッサ、またはターボ機械などの機械のロータにおけるオイルの不平衡質量の存在を検出することからなる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明で記載される選択された解決方法は、ロータ内部に蓄積されるオイルをロータと同一速度で回転させ、オイルを、ロータ回転速度に対して調整された機械的な不平衡質量の検出器を用いて検出することからなる。
【００１５】
本発明による解決方法の１つの重要な利点は、機械にすでに装備されている機械的な不平衡質量の検出器を利用できることである。
【００１６】
第１の態様によれば、本発明は、機械のロータ内部のオイルの不平衡質量を検出する装置に関するものであり、該装置は、オイル回転速度を前記ロータの回転速度と実質的に同一にするように、回転でロータ内に存在するオイルを移動（エントレイン）させる手段を含む。
【００１７】
好ましくは、回転でオイルを移動させる前記手段は、遠心作用によりロータに接触しているオイルを捕らえる手段を含む。
【００１８】
装置の第１実施形態によれば、オイルを捕らえる前記手段は、ロータの内側面と、前記ロータの内側面で実質的に長手方向に配置されたリブとにより形成される、ロータ内部の開放区画である。
【００１９】
装置の第２実施形態によれば、オイルを捕らえる前記手段は、ロータの内側面から始まるロータの厚さにくり抜かれたくぼみにより形成される、開放区画である。
【００２０】
好ましくは、第１または第２実施形態の開放区画は、ロータの内面の周囲に均一に分配される。
【００２１】
装置の第３実施形態によれば、オイルを捕らえる前記手段は、ロータ内部に挿入され、かつ遠心作用によりロータと共に回転する着脱可能なシースを備える。前記シースは、シース内部に内側に突出するように配置された実質的に長手方向のガッタ部と、前記ガッタ部を平衡化する手段と、オイルが前記ガッタに入ることを可能にする手段とを備える。
【００２２】
好ましくは、オイル入口手段は、前記ガッタ部の同じ側に配置された開口を有する。
【００２３】
好ましくは、前記シースは、前記ガッタ部の径方向のほぼ反対側に配置された長手方向のスリットを備え、前記ガッタ部の平衡化手段は、前記スリットで折り返えされた、折り返し長手方向エッジを有する。
【００２４】
第２の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様によるオイル不平衡質量を検出するための装置を装備したロータに関する。
【００２５】
第３の態様によれば、本発明は、本発明の第２の態様によるロータを装備した機械に関する。詳細には、この機械は航空機エンジンであってもよい。
【００２６】
添付図面を参照して、本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明を読めば、本発明はさらに良く理解されるであろう。前記特定の実施形態は、単に説明の目的で示したものであり、本発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施形態によるオイルの不平衡質量を検出するための装置を示す。ロータ２は、リブ４を備え、このリブは、実質的に長手方向に配置され、前記ロータ２の内側に向かって突出している。図示した例においては、リブ４は、ほぼ四角形の断面を有する。これらのリブ４は、ロータの内側面６に近接する２つの側面４２と、２つの側面４２間の中間にある第３の面４４とを有する。これらリブの機能は、開放区画８を形成することである。したがって、形成される各区画８の底面は、２つのリブ４間のロータの内側面６の一部で構成され、各区画の壁面は、区画の範囲を限定する２つのリブ４の側面４４である。一定量のオイル１００がロータ２内に浸入すると、オイルは、２つのリブ２間に形成される１つまたは複数の区画８内に保持される。図示した例においては、各側面４２と各リブ４の中間面４４との間の接合部は、実質的に直角を形成する鋭いエッジ４６からなる。前記接合部は、中間面４４を延長するエッジを形成することにより、区画のオイル保持容量を増加すると考えることができる。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施形態によるオイルの不平衡質量を検出するための装置を示す。くぼみ１４は、ロータ２の厚さをくり抜くことによりロータ２に形成され、ロータ２の内側に向かって開いている。図示した例においては、くぼみ１４は、湾曲部分を有し、実質的にローブ形状である。これらくぼみは、製造制約条件に応じて選択される、さまざまな形状を有することができる。くぼみ１４は、開放区画１４を形成する。一定量のオイル１００がロータ２内に浸入すると、このオイルは、このように形成された１つまたは複数の区画１４に保持される。
【００２９】
これまで記載された、本発明による装置の第１および第２の実施形態は、両方共に、ロータ２の内側面の幾何形状を変更することにより得られる。第１の実施形態では、材料（リブ４）が追加される。第２の実施形態では、材料（リブ１４）が取り除かれる。それぞれの場合において、存在するオイルの不平衡質量に重ね合わされることがある、追加の機械的な不平衡質量が作り出されないことが重要である。したがって、ロータ２の幾何形状は、対称性を維持する限りは、変更されることができる。対称性は、偶数の区画８、１４を形成し、それらの区画を、区画の対が径方向に相互に反対側にあるように配置することにより得られる。好ましくは、区画は、ロータ２の内側面６の外周に均一に分布されるように配置される。区画の数は重要ではない。したがって、リブ４の数は４つ以外であってもよく、くぼみ１４の数は２つ以外であってもよい。
【００３０】
ただし、存在するオイルの量が、ロータ２の寸法に比べて多い場合、ロータ２に存在するオイル１００の量が、区画８、１４内に均一に分布することは保証されない。
【００３１】
第１の状態においては、オイル量１００の分布は均一でなく、したがって、機械的な不平衡質量が、ロータ２と同一回転速度で回転で作られ、機械に対して有害となる危険性がある。
【００３２】
第２の状態においては、オイル量１００の分布は均一であり、したがって、ロータ２が回転している限りは、機械的な不平衡質量は形成されない。ロータ２の回転が止まると、オイル１００の全体量は、重力の作用によりロータ２の底部分に収集される。次に、ロータ２が再スタートすると、状態は前述の状態と同一となり、オイル量１００は不均一な分布状態になり、したがって、有害な機械的な不平衡質量を作る。
【００３３】
以上の点が、ロータ内に蓄積されたオイル量がロータの寸法に比べて多い場合、図３に示すような、本発明の第３の実施形態によるオイルの不平衡質量の検出装置を使用するのが好ましい理由である。
【００３４】
図３は、ロータ内に挿入される着脱可能なシース２４を示しており、前記ロータは図示していない。シース３２のサイズは、ロータ内に嵌合し、遠心作用によりロータと緊密接触を維持するようなサイズである。したがって、ロータとシースは、ともに回転する。
【００３５】
シース２４は、このシース２４の実質的に長手方向に沿って配置され、かつシースの内側に向かって突出したガッタ部３２を備える。好ましくはガッタ部の基底部に近い、ガッタ部３２の片側のみが、ガッタ部の全長に沿って分布する開口３６を備える。開口３６が配置される側は、後で記載されるように、ロータの回転方向に応じて選択される。
【００３６】
シース３２はまた、このシース３２の実質的に長手方向に沿って配置され、かつガッタ部３２と径方向で反対側にスリット２６を有する。スリット２６の両側のシース２４のエッジ２８は、自身の上に折り返されて、ガッタ部３２と径方向で反対側に材料の重ね合わせを形成する。
【００３７】
本発明の第３の実施形態による装置は、以下のように機能する。ロータおよびシース２４が矢印５０に示す方向に回転しているとき、ロータ内に達したオイルは、最初に、ロータとシース２４との間に捕らえられ、ロータとシース２４とで構成されるアセンブリの回転方向と逆方向の、矢印５２に示す回転で移動される。ロータとシース２４との間に以前に捕らえられていたオイルが、スリット２６に達すると、オイルは、このスリット２６を通りシース２４内に浸入する。循環が、ロータとシース２４とから構成されるアセンブリと同一回転方向である場合、ガッタ部３２の開口３６は、スリット２６から上流側でガッタ部を貫通して穴をあけられている。この回転方向（矢印５０）および開口３６のこの対応する位置で、シース３２内に浸入したオイルは、開口３６を穴あけしたガッタ部３２の近辺に存在する。したがって、オイルは、矢印５４に示すように、開口３６を通り、シース２４の壁を通過する。その後、オイルは、シース２４とロータとの間の、ガッタ部３２とガッタ部に面するロータの部分との間に形成される区画３４に保持される。この区画３４は、オイルがこの区画３４に入る開口３６を除いては、閉鎖された区画である。このようにして、オイルは保持または捕らえられる。ロータとシース２４で構成されるアセンブリの回転方向の循環に対して、スリット２６から下流側のガッタ部３４に開口が存在しないため、オイルは、開口３６を通して区画３４から漏れ出すことはない。
【００３８】
オイル入口開口３６は、細長くかつ狭いのが好ましく、オイルが、偶発的に開口を通して流れ出ないようにする。
【００３９】
スリット２６のエッジ２８を、自身の上に折り返し、それらの重量が、ガッタ部３２および区画３４内に捕らえられたオイル量１００の重量と釣り合い、前記ガッタ部３２および捕らえられたオイルを平衡化させる手段２８を形成する。
【００４０】
第３の実施形態による装置の利点は、ロータの構造および／または幾何形状を変更することなく、追加の着脱可能部分（シース）を導入することである。
【００４１】
好ましくは、前記シースは、長手方向のガッタ部を形成するために、打ち抜きまたはリセス加工され、かつ長手方向のスリットを形成するようにスリット加工された円形断面の円筒プレートで製作される。このガッタ部およびスリットは、径方向に相互に反対側であり、スリット両側のプレートのエッジは、プレートの内側に向かって自身に折り返され、開口が、ガッタ部の片側だけに穴あけされる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明による装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明による装置の第３の実施形態を示す断面図および斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
２  ロータ
４  リブ
６  内側面
８  開放区画
１４  くぼみ
２４  シース
２６  スリット
２８  エッジ
３２  ガッタ部
３４  区画
３６  開口
４２  側面
４４  中間面
４６  鋭いエッジ
５５  第３の面
１００  オイル
【図１】
2005121011.tif 000003
【図２】
2005121011.tif 000004
【図３】
2005121011.tif 000005
【外国語明細書】
2005121011.tif 000006
2005121011.tif 000007
2005121011.tif 000008
2005121011.tif 000009
2005121011.tif 000010
2005121011.tif 000011
2005121011.tif 000012
2005121011.tif 000013
2005121011.tif 000014
2005121011.tif 000015
2005121011.tif 000016
2005121011.tif 000017
2005121011.tif 000018
2005121011.tif 000019
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